电馈通件

技术领域

本发明涉及一种电馈通件，其包括至少一个延伸贯穿绝缘材料的电导体。

背景技术

具有玻璃或玻璃陶瓷部件的电馈通件在许多应用中使用，其中电导体延伸贯穿该玻璃或玻璃陶瓷部件且该玻璃或玻璃陶瓷部件被封闭在金属基体内。这些应用包括例如石油钻探或勘探设备等的深海设备，或者电馈通件用于例如化工或能源系统和反应堆技术等的化学或辐射污染环境中。进一步的应用包括例如潜水机器人和潜艇等的载人和无人驾驶船舶，以及由燃料电池驱动的机动车辆的例如CO

在石油开采等水下应用中，高温、高压和/或腐蚀性介质可能对电馈通件有特殊要求，尤其在考虑到大约20年的使用寿命时。在例如用于容纳液态气体或液态氢等介质的储存罐之类的应用中，可能会出现极低的温度，电馈通件将暴露在该极低的温度下。在例如高温反应堆等的民用核电领域的反应堆应用中，电馈通件有时必须承受极高的压力、温度和/或辐射，尤其在大约40至60年的使用寿命内。即使在小型模块化反应堆(Small ModularReactors，SMRs)中，由于高压、高温和/或辐射，对电馈通件也有特殊要求。

鉴于此背景，本发明的目的是提供能够满足上述要求的电馈通件，即尤其能够持久地承受高压、高温和低温、腐蚀性介质和/或辐射照射且能够在较长使用寿命内可靠运行的电馈通件。

发明内容

为了实现该目的，本发明公开了一种电馈通件，包括：基体，其具有延伸贯穿基体的通孔；绝缘材料，其容纳在基体的通孔中；以及至少一个电导体，其延伸贯穿绝缘材料并且具有从绝缘材料中突出的部分区段。

电馈通件还包括爬电距离延伸部，其至少部分地围绕电导体的突出的部分区段；以及设置在绝缘材料和爬电距离延伸部之间的密封元件，其中密封元件的材料构造为至少部分地、优选地主要是矿物和结晶的形式。

因此，密封元件优选地由矿物、结晶材料制成。密封元件优选地由与绝缘材料和/或爬电距离延伸部不同的材料制成或包括与其不同的材料。此外，密封元件优选地具有与绝缘材料不同的结构、尤其不同的晶体结构。更具体地，密封元件的材料优选地包括每体积比绝缘材料更大比例的结晶材料。特别地，可以考虑密封元件包括少于10％、优选少于1％的无定形材料，或者最优选没有或基本没有无定形材料。

包括矿物和结晶材料的密封元件有利地允许爬电距离延伸部和绝缘材料之间的尤其流体的密封，其可以抵挡高温和低温和/或高压，并且优选地在与腐蚀性介质或辐射接触时具有抵抗力，这进一步保证了长使用寿命。这比普通有机基材料，尤其在高温或低温下会降解并且例如有时会经历无法保证足够使用寿命的老化过程的塑料材料尤其更具优势。

此外，密封元件的材料可以至少部分地、优选地主要是无机的。因此，密封元件可以由矿物、结晶以及无机材料制成。由于无机材料具有不老化、尤其在辐射下不老化的特殊优点，因此能够确保密封和电馈通件的较长使用寿命。另外，与环氧树脂或其它塑料材料相比，无机材料可以在更高和更低的温度下使用。

由于密封元件的材料包括矿物和结晶材料或由其制成，所以尤其在无机材料的情况下，优点来自包括玻璃的绝缘材料(例如具有玻璃或玻璃陶瓷或由其制成的绝缘材料)的材料类别的相似性。在相同成分之间极有可能产生或提供结合。因此，电馈通件尤其包括无机材料的组合的组分。

此外，密封元件或密封元件的材料具有优选地比绝缘材料和/或爬电距离延伸部的硬度低的硬度。密封元件或密封元件的材料的莫氏硬度可以小于6、优选小于5、更优选小于4、最优选小于3。低硬度的优点是材料可以被压缩且可以补偿表面的不平整。由此，即使有轻微的不平整，也可以实现所需的密封性。

此外，密封元件或密封元件的材料的电阻率大于1·10

位于基体的通孔中的绝缘材料优选地包括玻璃、玻璃陶瓷材料和/或陶瓷材料或者由这样的材料制成。

绝缘材料优选地在压应力下被基体包围，并且优选地形成压缩玻璃密封。特别优选地，绝缘材料在基体和电导体之间形成流体密封接合和/或气体密封接合。

在优选实施例中，密封元件的材料包括层状硅酸盐，尤其云母。但密封元件也可以例如包括陶瓷材料或构造成可塑性变形至少1％、优选可塑性变形至少3％、最优选可塑性变形至少5％的陶瓷材料的形式。例如，钛酸锶(SrTiO

特别地，在密封元件的材料包括层状硅酸盐或由其制成的情况下，优点源于包括玻璃的绝缘材料(例如包括玻璃或玻璃陶瓷或由其制成的绝缘材料)的材料类别的相似性。例如，耐化学腐蚀性可以是相当的或相似的。尤其，在密封元件的表面和绝缘材料之间，例如在压力下，可以在相同成分之间形成或产生结合。

密封元件优选地被压缩在绝缘材料和爬电距离延伸部之间。因此，密封元件优选地在绝缘材料和爬电距离延伸部之间的压力下布置。最优选地，密封元件在绝缘材料和爬电距离延伸部之间形成流体密封接合。

在优选实施例中，密封元件和绝缘材料彼此牢固地结合。绝缘材料可以熔接在密封元件上，在包括玻璃的绝缘材料的情况下，绝缘材料可以通过玻璃釉接在密封元件上。

在电馈通件的示例性实施例中，爬电距离延伸部例如通过作为紧固装置的夹紧环紧固在基体上。在该实施例中，但原则上更一般地，爬电距离延伸部与电导体之间可以由间隙分隔开，尤其用以补偿不同的热膨胀。

在电馈通件的另一示例性实施例中，爬电距离延伸部例如通过作为紧固装置的螺母紧固在电导体上。在该实施例中，但原则上更一般地，爬电距离延伸部与基体之间可以由间隙分隔开，尤其用以补偿不同的热膨胀。

更一般地，可以规定爬电距离延伸部被支承在紧固装置上并且压靠密封元件。这样，能够以有利的方式实现密封元件的固定和压缩。

在紧固装置与爬电距离延伸部之间可以布置弹簧元件尤其用以补偿密封元件的材料沉降和/或补偿电馈通件的部件在温度变化时的不同热膨胀。术语“热膨胀”是指随着温度的变化，尺寸的增加(膨胀)和尺寸的减小(收缩)。例如，板簧或波形弹簧可以布置在紧固装置和爬电距离延伸部之间、尤其在螺母或夹紧环和爬电距离延伸部之间。这允许补偿长度的不同变化，尤其在温度波动的情况下，和/或保持密封元件的压缩。

爬电距离延伸部可以在密封元件上施加至少2MPa、优选至少10MPa、最优选至少40MPa的面压力。

电馈通件的基体可以包括或由金属、尤其合金制成。

电馈通件的爬电距离延伸部可以包括或由陶瓷和/或氧化物陶瓷材料例如氧化铝制成。

本发明还涉及电馈通件、尤其如上所述的电馈通件在以下应用中的用途：涉及至少5bar、优选至少10bar、最优选至少20bar的压力的应用和/或在涉及至少-273℃、优选至少300℃、最优选至少600℃的温度的应用和/或涉及至少1kGy、优选至少1MGy、最优选至少20MGy的伽马射线辐射照射的应用，伽马射线辐射照射的指定值尤其指在电馈通件的整个使用寿命期间的值。

此外，本发明涉及电馈通件，尤其如上所述的电馈通件用于在例如石油和/或天然气钻探或勘探装置等的在深海中的设备；和/或在化学或辐射污染环境中的设备，例如在化工或能源系统和反应堆技术、尤其潜在爆炸性区域中、在具有外壳的发电或储能装置中、或在发电或储能装置或反应堆或有毒和/或有害物质的储存罐中的封装体中，尤其作为反应堆的安全壳中的馈通设备或贯穿反应堆的、尤其化学或核反应堆的安全壳的馈通设备；或在航天器或太空探索运载器中的设备；或传感器和/或致动器的外壳中的设备；在例如潜水机器人和潜水艇的载人和无人驾驶船舶中或其上的设备；以及优选用于具有燃料电池的机动车辆的尤其CO

最后，本发明涉及一种用于制造电馈通件、尤其如上所述的电馈通件的方法，包括将绝缘材料熔合(Einschmelzen)至延伸贯穿基体的通孔中，以及将绝缘材料熔接(Anschmelzen)至密封元件。

该方法可以规定将绝缘材料、尤其玻璃熔合至延伸贯穿基体的通孔中以及将绝缘材料熔接至密封元件是在特定温度下同时进行的。

此外，该方法可以规定首先将绝缘材料、尤其玻璃陶瓷材料在第一温度下熔合至延伸贯穿基体的通孔中，然后将绝缘材料在较低的第二温度下熔接至密封元件。

附图说明

现在将通过示例性实施例并参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了电馈通件的第一示例性实施例的横截面视图；

图2示出了电馈通件的第二示例性实施例的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了电馈通件10，其包括外法兰形式的基体20，该基体具有延伸贯穿基体的通孔22。在通孔22内，具有在压应力下以密封玻璃或压缩玻璃密封形式构造的绝缘材料30。

电导体40延伸贯穿绝缘材料30并在其两侧具有从绝缘材料30突出的相应部分区段42。在所示的示例中，突出的部分区段42还突出至基体20外，在这种情况下，基体20从绝缘材料30突出，使得绝缘材料30嵌入基体20中。

借助于绝缘材料30，电导体40以气体密封方式与基体20接合并且与其电绝缘。为了防止在操作期间在导体40的突出的部分区段42和基体20之间产生不期望的爬电电流，电导体40的突出的部分区段42被容纳在围绕电导体40的爬电距离延伸部50中。爬电距离延伸部50可以构造为电绝缘管(例如氧化铝管)的形式。

在绝缘材料30和爬电距离延伸部50之间布置密封元件60，其确保了绝缘材料30和爬电距离延伸部50之间的流体密封接合。密封元件60的材料至少部分地、优选地主要是矿物和结晶的形式。例如，密封元件60可以是层状硅酸盐片的形式。

爬电距离延伸部50通过夹紧环52紧固在基体20上。为此，夹紧环52具有拧入基体20的通孔22中的螺纹54。因此，密封元件60受到压力并因此被夹在绝缘材料30和爬电距离延伸部50之间。

例如，包括或由层状硅酸盐组成的密封元件60能够在压力下稍微屈服，使得补偿绝缘材料30的邻接表面和爬电距离延伸部50的邻接表面上的潜在不平整。可选地，此处未示出的弹簧元件可以另外设置在夹紧环52和爬电距离延伸部50之间。

图2示出了另一个电馈通件10，其在某些方面与图1所示的电馈通件相类似。但然而，在该电馈通件10中，爬电距离延伸部50借助螺母56紧固在导体40上。为此，具有螺纹58的螺母56拧到导体40的突出的部分区段42上。

为了更好地补偿密封元件60的材料沉降并且在尤其温度波动的情况下补偿材料膨胀，在螺母56与爬电距离延伸部50之间还布置弹簧构件70。当然，在图1所示的电馈通件10中，也可以在夹紧环52和爬电距离延伸部50之间设置弹簧元件。

在馈通件包括多个延伸贯穿绝缘材料30的电导体40的情况下，优选地所有导体40的突出的部分区段42被一个或多个爬电距离延伸部50包围。这也避免了相邻导体之间的不期望的爬电电流。在这种情况下，爬电距离延伸部50可以同时例如借助板件压靠在密封元件60上。

在优选实施例中，绝缘材料30可以熔接在密封元件60上。为此，根据该方法，绝缘材料30可以熔合至延伸贯穿基体20的通孔22中，并且绝缘材料30可以同时或随后熔接在密封元件60上。

例如，令人惊讶地发现，在密封元件由例如云母等的层状硅酸盐制成的情况下，包括玻璃的绝缘材料可以牢固地玻璃釉接在密封元件上。在一个示例中，将密封玻璃(Schott8421)在云母上玻璃釉接。为此，模拟了常见的熔融过程(930℃/45min)，同时将玻璃压块熔接至纸板状云母纸。玻璃不仅牢固地接合至云母片，而且甚至可以在没有任何额外重量负载的情况下很好地润湿。

如果在熔合过程中已经引入了包括或由云母(例如云母片)制成的密封元件，则密封元件面向玻璃的侧面可以牢固地结合，尤其以气体密封和/或流体密封的方式牢固地结合。